材料的制备与成型加工

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5-1  材料的制备原理及方法
5-1-1  金属材料的制备
1.       铁的制备
/ o$ l! h$ Z! `, v' P* w" g原理：
                               直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
①     还原（反应）                                                   
9 |" n7 m- [: Z$ x4 V+ q4 J间接还原：以CO为还原剂   
% ?- f8 E2 q5 T
, C) ^5 k- H% C7 T$ C  
②     造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体
目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去
" M4 [+ H4 `8 Q: b( X* O  ~  i造渣反应十分复杂，总体上是酸性氧化物与碱性氧化物的中和反应。
主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等
高炉炼铁原料主要用铁矿石、焦碳、石灰石、锰矿石和一些铁石代用品组成。
5 O- v' {) M2 K铁矿石：Fe含量<30%无开采价值
. E+ J4 L) z# v$ @# r; j. ?; F6 P              Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：
磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）
    焦碳要求：含炭量要高，灰份要少，含P、S愈低愈好，发热值愈高愈好，且有适当的气孔率以保证料柱的透气性和足够的机械强度
    高炉内型构造及作用，见图5-1和P448

8 u/ {  g4 p* v9 ]" e; t/ j2.       钢的制备
$ d4 {6 e. l$ }4 H钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
9 A+ F' R! {% V' e* c* u生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
炼钢的目的：①降低生铁中碳含量，②去除有害杂质，③添加适量的合金元素
  N6 F$ F* r6 D9 l' N
/ c: N2 m' @5 j/ e$ L炼钢原理：
& Y4 N  X  n1 A% K" D2Fe+O2→2FeO
Si+2FeO→SiO2+2Fe            氧化后钢液中存在较
① 杂质氧化（通入氧气）         Mn+FeO→MnO+Fe      →    多的FeO和大量的气
C+FeO→CO+Fe                  泡，必须加以除去
% F- {+ L, h2 E* ^. }2P+5FeO→P2O5+5Fe
5 o) l6 B6 d4 u! l" h4 l. h       2FeO+Si→SiO2+Fe
              ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂）       FeO+Mn→MnO+Fe
, X+ n) H" ^1 e) Z3 ?7 b7 g9 `. g                                                                      3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
6 X$ [: P7 o3 I- v: L整个炼钢过程就是氧化和还原过程，关键是清除钢水中杂质，其中最主要的因素是造渣和除渣，仍需加入熔剂造渣
                            平炉炼钢
. {! F8 J' o, k5 N钢的制备方法       电炉炼钢
                            纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
2 C# e5 e+ ~1 c! G" T+ M! y  @7 j$ U炼钢原料：
& P( [/ Z/ P- C6 a( f3 m1 [2 S       金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金
       造渣材料：石灰、萤石、白之石
       氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
       脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
! a- |& D. A3 }3 k# }3 a5 K       冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
, l; I) i. J9 w+ ZLD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
0 l" v8 j4 J* q; D3.       非铁合金的制备
+ b2 S2 T$ u+ `# n* W①     铜的制备
火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼
/ [+ b* H/ V7 f. s# s) G8 A制备方法        
% a, t# K; z9 q- |9 D8 o8 t湿法炼铜法：用溶液浸泡铜矿石，使铜从矿石中浸出，再从浸出液
中将金属铜析出
    其中火法炼铜法占主导地位。具体工艺、设备见图5-4、5-3、5-5和P454-457
②     铝的制备
) C) f" @# ^. Li）Al2O3的制备
* ?/ m9 x) Z& \3 x% ]! b                      湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
制备方法                       Al(OH)3 Al2O3
. Y+ O( B' h& l/ ?" O                      干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3   烧结块
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
" S$ ~9 v- x$ t4 M- B: Q) Kii）Al2O3的电解
4 R4 l# G' v) E6 J8 ?+ n: Q8 w                             Al++++3e→Al                               阴极       铝纯度达99.7%
Al2O3
                             2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
电解槽见图5-6